برﺳﯽ ﻣﻘﺎﯾﺴﻪاي ﻣﻮﺗﺎﺳﯿﻮنﻫﺎي ﻧﻘﻄﻪاي ژن Cyc1 در ﺑﺎﮐﺘﺮي اﺳﯿﺪﯾﺘﯿﻮﺑﺎﺳﯿﻠﻮس ﻓﺮواﮐﺴﯿﺪاﻧﺲ و اﺛﺮ آن ﺑﺮ ﻓﺮآﯾﻨﺪ ﺑﯿﻮﻟﯿﭽﯿﻨﮓ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت ﺑﯿﻮاﻧﻔﻮرﻣﺎﺗﯿﮏ

A comparative study of point mutations on Cyc1 gene in Acidithiobacillus ferrooxidans and its effect on the bioleaching process using bioinformatics studies

اسيديتيوباسيلوس فرواكسيدانس يك باكتري اسيدوفيل بوده كه در فرايند بيوليچينگ فلزات دخيل مي باشد. Cytochrome c552 (Cyc1) يك پروتئين پري­پلاسمي در اين باكتري است كه نقش كليدي در انتقال الكترون در زنجيره تنفسي دارد. حضور هِم A و B در ساختار Cyc1 و نقش آن در دريافت الكترون از پروتئين قبلي (Cyc2) و انتقال آن به پروتئين بعدي (CcO)، دليل اصلي انتخاب اين پروتئين است. در اين تحقيق، با هدف بهبود فرآيند بيوليچينگ، گلوتامات 122 و هيستيدين 54 Cyc1 براي جهش نقطه‌اي در مطالعات بيوانفورماتيك انتخاب شد. ابتدا جهش‌ها توسط نرم‌افزار پايمول انجام و شبيه ‌سازي ديناميك مولكولي براي پروتئين‌هاي وحشي و جهش ‌يافته‌ E122D و H54I در Cyc1 صورت گرفت. تغييرات ساختار فضايي پروتئين‌هاي وحشي و جهش‌ يافته‌ توسط آناليزهايRMSD ،RMSF ، Rg، SASA و پيوندهاي هيدروژني انجام شد. نتايج حاكي از پايداري دو پروتئين جهش‌ يافته پس از پايان شبيه ‌سازي بود. با تبديل گلوتامات 122 به آسپارتات، يك مولكول اسيدي، اسيدي‌تر ‌شده و با كاهش بيش ‌از پيش پتانسيل ردوكس در مركز راستي­سيانين، باعث سرعت انتقال الكترون به Cyc1 خواهد شد. همچنين، با كاهش پتانسيل ردوكس در محل جهش سرعت انتقال الكترون به هِم A نيز افزايش خواهد يافت. در صورت تبديل هيستيدين 54 به ايزولوسين، حلقه ايميدازول الكترواستاتيك به اسيدآمين ه­اي باريشه بدون بار تغيير كرده و درنتيجه منجر به تشكيل يك پيوند هيدروژنه قوي بين دو اسيدآمينه مي‌شود. بنابراين، انتقال الكترون بين Cyc1 و CcO از طريق يك مولكول آب (W79) بهبود يافته و به­دنبال آن احتمالاً سرعت بيوليچينگ افزايش خواهد يافت.

Acidithiobacillus ferrooxidans (Af) is an acidophilic bacterium involved in the bioleaching process. Cytochrome c552 (Cyc1) is a periplasmic protein that has a key role in the electron transportation in the respiratory chain. The presence of both heme A and B in the Cyc1 structure and its role in taking electrons from the previous protein and electron transfer to the next protein is the main reason for choosing this protein. In this research, with purpose of improving the bioleaching process, glutamate 122 and histidine 54 Cyc1 were selected for point mutation in bioinformatics studies. Mutations were performed by PYMOL software and simulated molecular dynamics for wild proteins, and mutant E122D, H54I in Cyc1. The conformational changes of mutated protein were investigated by RMSD, RMSF, SASA, Rg, NH bond analysis. Our results confirmed that the mutated proteins retained its stability during the simulation. By converting glutamate to aspartate, an acid molecule changed into a more acidic molecule leading to the further decreased redox potential at the rusticyanin midpoint resulted into the improved electron transfer from the Rcy to Cyc1 . This will also cause the increased electron transfer rate to heme A. In the case of converting histidine 54 to isoleucine, an electrostatic imidazole loop changed into an amino acid with the root of R with lack of charge which leads to the formation of a stronger hydrogen bond between the two amino acids. Therefore, probably the electron transfers between Cyc1 and CcO is improved through a water molecule (W79) leading to increased bioleaching rate.